中南大学金属液态成性原理老师标记的课后题答案

中南大学金属液态成形原理

老师标记的重点课后题答案

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2.如何理解实际液态金属结构及其三种“起伏”特征？

答：实际液态金属合金的结构式及其复杂的，它有大量各种成分的时聚时散，此起彼伏游动原子集团，空穴所组成，同时也含有各种固态，液态，气态杂质或化合物，而且还表现出能量，结构及浓度三种起伏特征。三种起伏影响液态金属的结晶凝固过程，从而对铸件的质量产生重要的影响。

11.某飞机制造厂的一牌号Al-Mg合金机翼因铸造常出现浇不足缺陷而报废，。。。。。请问可采取哪些措施来提高成品率？

答：机翼铸造常出现“浇不足”缺陷可能是由金属液的充型能力不足造成的，可采取以下工艺提高成品率：

（1）调整铸型性质。使用小蓄热系数的铸型来提高金属液的充型能力；采用预热铸型，减小金属与铸型的温差，提高金属液充型能力。

（2）改善浇注条件。提高浇注温度，加大充型压头，改善浇注系统结构，提高金属液的充型能力。

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1. 凝固速度对铸件凝固组织、性能与凝固缺陷的产生有重要影响。试分析可以通过哪些工艺措施来改变或控制凝固速度？

答：可以通过以下的工艺措施改变或控制凝固速度： ①改变铸件的浇注温度、浇注方式以及浇注速度； ②选用适当的铸型材料和预热温度； ③在铸型中适当设置一些冒口、浇口等；

④在铸型型腔内表面涂适当厚度与性能的材料。

3.何为凝固动态曲线？有何意义？

答：根据凝固体断面各位置的温度与时间的关系曲线，在位置与时

间的坐标图上绘制成的凝固体断面上，不同位置、不同时间达到同 一温度的连线，称之为凝固动态曲线。 凝固动态曲线的意义：可以判断金属在凝固过程中两相区（凝固区） 的宽窄，由两相区的宽窄判断凝固断面的凝固方式。

4.铸件凝固方式由哪些因素决定？凝固方式与铸件质量有何关系？

答;影响铸件凝固方式的因素有合金凝固的温度区间和铸件断面的温度梯度两方面。 凝固方式分为三种：

①逐层凝固方式 对铸件质量的影响：流动性好，容易获得健全凝

固体，液体补缩好，铸件组织致密，形成集中缩孔的倾向大；热 裂倾向小，气孔倾向小，应力大，偏析严重。

②体积凝固方式 对铸件质量的影响：流动性差，不容易获得健全的凝固体，液体补缩差，铸件组织不致密，形成集中缩孔的倾向小，热烈倾向大，气孔倾向大，缩松倾向大，应力小，宏观偏析不严重。

③ 中间凝固方式 对铸件质量的影响介于上述二者之间。

1.何谓热力学障碍和动力学障碍？凝固过程是如何克服这两个障碍的？

答：热力学能障——由被迫处于高自由能过渡状态下的界面原子所产生，能直接影响到体 系自由能的大小，界面自由能即属于这种情况。

动力学能障——由金属原子穿越界面过程所引起，原则上与驱动力的大小无关而仅取 决于界面的结构与性质，激活自由能即属于这种情况。

热力学能障对生核过程影响很大，动力学能障在晶体生长过程中则具有重要的作用。 液态金属凝固过程中必须克服热力学和动力学两个能障。

液态金属在成分、温度、能量上是不均匀的，即存在成分、相结构和能量三个起伏， 也正是这三个起伏才能克服凝固过程中的热力学能障和动力学能障，使凝固过程不断地进 行下去。凝固过程中产生的固－液界面使体系自由能增加，导致凝固过程不可能瞬时完成，也 不可能同时在很大约范围内进行，只能逐渐地形核生长，逐渐地克服两个能障，才能完成 液体到固体的转变。同时，界面的特征及形态又影响着晶体的形核和生长。也正是由于这 个原因，使高能态的界面范围尽量缩小，至凝固结束时成为范围很小的晶界。

9.什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？

答：根据自由能与晶胚半径的变化关系，可以知道半径r<rk的晶胚不能成核；r>rk的晶胚才

有可能成核；而r＝rk的晶胚既可能消失，也可能稳定长大。因此，半径为“的晶胚称为临界晶核。（2）其物理意义是，过冷液体中涌现出来的短程有序的原子团，当其尺寸r≥rk时，这样的原子团便可成为晶核而长大。（3）临界晶核半径rk，其大小与过冷

rk

度有关，则有2 Tm1Lm T

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液态金属中的流动是如何产生的？流动对内部等轴晶的形成及细化有何影响？

答：浇注完毕后，凝固开始阶段，在型壁处形成的晶体，由于其密度或大于母液或小于母液会产生对流，此外型壁处和铸件心部的熔体温度差也可造成对流，从而使熔体流动。依靠熔体的流动可将型壁处产生的晶体脱落且游离到铸件的内部，并发生增殖，从而为形成等轴晶提供核心，有利于等轴晶的形成，并细化组织。

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2.试利用相图分析合金成分对缩孔和缩松的影响，并说明如何通过调整工艺条件来控制缩孔和缩松的产生。

答：

7简述顺序凝固原则和体积凝固原则分别适应哪些情况 顺序凝固的特点是铸件各个不同的部位凝固时间有先有后，顺序凝固原则适用于铸件壁厚相差大或者凝固过程远离共晶点，如碳钢铸件。同时凝固的特点是铸件各部位的凝固时间相差

不大，同时凝固原则适用于铸件壁厚相差不大或者金属凝固过程接近共晶点，如灰铸铁箱体类铸件。

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3．宏观偏析是由于固液区。。。液体流动造成的,产生液体流动的驱动力有哪些？ 答：(1)凝固收缩（或膨胀）；

(2)冷却时的液相收缩；

(3)液相内不同密度引起的重力作用；

(4)凝固时固相的收缩及移动；

(5)大容积内液体对流向枝晶间的穿透；

(6)固－液区内气体的形成。

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2.哪些因素影响气体在金属中的溶解度？其影响规律如何？

答：气体在金属中的溶解度与压力，温度，合金成分等因素有关：

（1）当温度一定时，双原子的溶解度与其分压的平方根成正比

（2）当压力一定时，溶解度与温度的关系决定于溶解反应类型，气体溶解过程为吸热反应时，△H为正值，溶解度随温度的升高而增加；金属吸收气体为放热反应时，△H为负值，溶解度随温度的上升而降低。

（3）合金成分对溶解度的影响：液态金属中加入能提高气体含量的合金元素，可提高气体的溶解度；若加入的合金元素能与气体形成稳定的化合物（即氮、氢、氧化合物），则可降低气体的溶解度。此外，合金元素还能改变金属表面膜的性质及金属蒸气压，从而影响气体的溶解度。

（4）电流极性的影响：直流正接时，熔滴处于阴极，阳离子将向熔滴表面运动，由于熔滴温度高，比表面积大，故熔滴中将溶解大量的氢或氮；直流反接时，阳离子仍向阴极运动，但此时阴极已是温度较低的溶池，故氢或氮的溶解量要少。

（5）焊接区气氛性质的影响：气体分子或原子受激后溶解速度加快；电弧气氛中的阳离子N+或H+可直接在阴极溶解；在氧化性电弧气氛中形成的NO，遇到温度较低的液态金属时可分解为N和O，而N能迅速溶入金属。

10.

试分析为什么在雨季铸造铝及其合金时很容易产生气孔，是什么气孔？应该采取什么措施来避免气孔的生成？

p182

2试分析热裂纹的形成机理？（书175页）

P195

2快速凝固技术有哪些?各有何特点? （书187页）

答：（1）把金属或合金熔体分散成小液滴，以使这些小液滴在凝固前达到很大的过冷度。（ 2)使液流保持一个很小的截面，并于高效冷却器接触。 （3）是材料的一个薄层快速熔化并与无限大的散热器紧密接触。散热器通常是同一种材料或相关材料。

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